液氮自动加注系统的储罐更换装置的制作方法

本发明属于光学仪器维护设备，具体涉及一种液氮自动加注系统的储罐更换装置。

背景技术：

ftir在线监测仪器是利用红外吸收光谱对大气成分进行检测的空气检测设备，作为空气检测领域的最前沿技术，近年来发展迅速。而ftir在线监测仪器的光谱采集需要红外信号发射单元和接收单元协同工作，其中的红外信号探测单元对温度的敏感度较高，需要保持在低温的工作环境下才能实现高精度探测，因为ftir在线监测仪器需要对红外信号探测单元进行持续降温。

液氮温度可达-196℃，在ftir仪器中，主要是给红外信号探测单元进行制冷，通过制冷可降低探测单元的热噪声。而ftir仪器的杜瓦瓶加一次液氮最多使用24h，对于在线监测仪器来说需要值守维护，定时对杜瓦瓶内的液氮进行补充，这样不仅浪费人工，而且难以确保液氮的连续供给，从而影响仪器的检测精度。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种操作简单、自动化程度高的液氮自动加注系统的储罐更换装置。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：一种液氮自动加注系统的储罐更换装置，包括液氮储罐和泵头底座，所述泵头底座的底部设有连接法兰，所述连接法兰与液氮储罐瓶口处的法兰对接且两法兰端面之间设有密封圈，两法兰外周通过哈夫式卡箍卡合；哈夫式卡箍的两个半体沿水平方向往复运动设置，所述哈夫式卡箍的顶壁上设有锁紧机构，所述锁紧机构被装配为当锁紧机构锁紧时能够对泵头底座的法兰顶面施加压紧力。

系统还包括用于驱动泵头底座沿竖直方向往复运动的升降机构；所述升降机构包括升降滑台，所述泵头底座与升降滑台连接，所述升降滑台与哈夫式卡箍之间设有第一联动机构，所述第一联动机构被装配为当升降滑台下行时第一联动机构能够驱动哈夫式卡箍的两半体卡合，且当升降滑台上行时第一联动机构能够驱动哈夫式卡箍的两半体分离。

所述第一联动机构包括哈夫式卡箍两半体外侧设置的水平导杆，所述导杆与机座上设置的导套滑动连接，所述导杆远离哈夫式卡箍的一端设有滚轮，所述导杆与导套之间设有弹簧，所述弹簧被装配为其弹力能够驱使哈夫式卡箍的两半体向相互远离的方向运动，所述升降滑台的底部与所述滚轮对应位置处设有楔形驱动块，所述楔形驱动块被装配为当升降滑台下行时，楔形驱动块能够挤压所述滚轮并驱动所述哈夫式卡箍的两半体相互靠近。

所述锁紧机构包括与哈夫式卡箍的顶壁铰接的凸轮，所述凸轮的轮面与泵头底座上的法兰的顶面抵接，所述凸轮上固定有一摆杆，所述摆杆向哈夫式卡箍的外侧悬伸设置，所述摆杆与凸轮被装配为当摆杆下压时凸轮的凸出部能够向下挤压泵头底座的法兰顶面，且当摆杆下压至与哈夫式卡箍的顶面抵触时凸轮的凸出部刚好摆过最低点从而使凸轮和摆杆自锁。

所述锁紧机构与升降滑台之间设有第二联动机构，所述第二联动机构被装配为当升降滑台下行时，第二联动机构能够驱动所述摆杆下压，且当升降滑台上行时，第二联动机构能够驱动所述摆杆上抬。

所述升降滑台上设有用于避让泵头底座的圆孔，所述第二联动机构包括圆孔内壁上向圆孔中心悬伸设置的上拨块和下拨块，所述上拨块用于拨动摆杆下摆，下拨块用于拨动摆杆上抬，所述上拨块的悬伸长度大于下拨块的悬伸长度，且下拨块的悬伸长度被设置为当升降滑台下行时下拨块能够完全避让处于上抬工位的摆杆，而当升降滑台上行时下拨块能够与处于下压工位的摆杆的悬伸端抵接。

所述泵头底座的两侧对称设置有水平导向销，所述升降滑台的顶面上设有限位板，所述限位板上开设有与所述导向销滑动配合的竖直腰型孔。

所述升降滑台的两端分别设有竖直螺纹孔，所述升降滑台通过该螺纹孔与两螺杆构成螺纹配合，所述螺杆两端分别转动设置在机座上，所述机座顶部设有升降电机，所述升降电机通过同步带轮与两螺杆构成传动配合。

系统还包括液氮储罐装卸机构，所述液氮储罐装卸机构包括由多根并排转动设置的辊柱构成的底座，所述底座的一端设有斜坡滑道，所述底座上部设有液氮储罐定位机构，所述液氮储罐定位机构包括远离斜坡滑道的一侧设置的弧形背板，以及靠近斜坡滑道的一侧对称设置的两弹性压辊，所述两弹性压辊与弧形背板之间构成用于容放液氮储罐的空间，所述两弹性压辊沿左右方向相互开合设置，两弹性压辊的辊座上设有水平导向杆，所述导向杆与机座构成滑动配合，所述辊座与机座之间设有压簧；所述弧形背板沿前后方向相互往复运动设置，所述机座上设有用于驱动弧形背板往复运动的活塞缸。

本发明的技术效果在于：本发明通过一系列联动机构实现了液氮储罐的快速安装和拆卸，整个过程只需两套动力机构，不仅操作简单、快速，而且大大节约了设备成本。

附图说明

图1是本发明的实施例所提供的液氮加注系统的立体结构示意图；

图2是本发明的实施例所提供的液氮加注系统的爆炸图；

图3是本发明的实施例所提供的液氮加注系统的剖视图；

图4是本发明的实施例所提供的泵头所在局部结构示意图；

图5是本发明的实施例所提供的泵头的立体结构示意图；

图6是本发明的实施例所提供的液氮储罐装卸机构的主视图；

图7是本发明的实施例所提供的液氮储罐装卸机构的立体图；

图8是本发明的实施例所提供的液氮储罐装卸机构的剖视图以及第二联动机构在不同工位状态下的局部放大视图；

图9是本发明的实施例所提供的升降滑台的立体结构示意图；

图10是本发明的实施例所提供的第一联动机构的立体图；

图11是本发明的实施例所提供的液氮储罐定位机构的立体图。

具体实施方式

以下结合附图1-11对本发明的具体实施方式进行详细说明，需要特别说明的是，本发明中所述“左右”“前后”等指示方位的表述都是基于设备的实际安装状态而言的，例如图11中，斜坡滑道所在侧即为前方、弧形背板所在侧即为后方。

如图1、2、3所示，一种用于ftir在线监测仪器的液氮自动加注系统，包括液氮储罐10和加注管21，所述加注管21的一端从液氮储罐10的瓶口插入液氮储罐10内并延伸至液氮储罐10的瓶底，另一端与ftir在线监测仪器的杜瓦瓶内腔连通，且管路上设有必要的单向阀；所述加注管21与液氮储罐10瓶口密封连接；所述液氮储罐10内还设有电加热装置24，所述加注管21上设有泄压阀22，所述加注系统的启停由泄压阀22和电加热装置24联合控制，当电加热装置24启动且泄压阀22关闭时，加注系统处于加注状态，此时液氮气化后直接进入杜瓦瓶内，当电加热装置24关闭且泄压阀22开启时，加注系统处于停止加注状态，液氮储罐10内气化的氮气直接通过泄压阀22排放至大气中。本发明对用于ftir在线监测仪器的液氮自动加注系统的泵头进行集成化设计和优化改进，通过泄压阀22的闭合迫使高压氮气通入光学仪器内，并通过泄压阀22的开启使加注系统失压，从而停止加注，并辅以加热装置进行增压，简单、高效的实现了液氮的定时、定量加注，系统稳定性好、工作精度高。

实施例1

作为本发明的其中一个实施例，所述泄压阀22为电磁泄压阀22，所述电加热装置24和泄压阀22的启停均通过自动控制器控制，自动控制器包括计时器，自动控制器根据设定的时间周期自动控制电加热装置24和泄压阀22的启停状态。该实施例的具体控制方法为：按照设定的时间周期循环开闭电加热装置24和泄压阀22，且当电加热装置24开启时泄压阀22同步关闭，当电加热装置24关闭时泄压阀22同步开启，电加热装置24每8-12h开启一次，每次开启3-10min。

系统还包括液位计25和压力传感器23，所述液位计25自液氮储罐10的瓶口插入液氮储罐10内并延伸至液氮储罐10的瓶底，所述压力传感器23通过软管与液氮储罐10瓶口密封连通；所述加注管21上还设有安全阀。

实施例2

作为本发明的另一实施例，所述ftir在线监测仪器的杜瓦瓶内还设有温度传感器，所述温度传感器的信号输出端与自动控制器电连接，所述自动控制器根据温度传感器采集的信号控制泄压阀22和电加热装置24的启停。该实施例的具体控制方法为：根据杜瓦瓶内设置的温度传感器的采集信号控制电加热装置24和泄压阀22的启停，具体为：当温度高于-180℃时，开启电加热装置24并关闭泄压阀22，当温度在＜-193℃时连续保持80s，即认为加液氮完成，此时关闭电加热装置24并开启泄压阀22。

实施例3

如图4、5所示，一种液氮加注泵头，包括所述液氮储罐10的瓶口处设置的泵头底座20，所述泵头底座20内开设有排气通道，所述加注管21与该排气通道串联，所述泄压阀22和电加热装置24的引线安装在泵头底座20上，所述泵头底座20上安装压力传感器23以及安全阀，安全阀的安全压力设定为20kpa。本发明对液氮加注系统进行集成化设计，所有元器件均集成在泵头底座20上，极大方便了加注系统与液氮储罐10之间的拆卸和安装，便于快速更换液氮储罐10。

具体的，所述泄压阀22包括一锥状阀芯221，所述泵头底座20上开设有连通加注管21官腔的泄压孔，所述锥状阀芯221沿竖直方向往复运动并与泄压孔构成开合动作，锥状阀芯221上端与继电器铁芯固接，锥状阀芯221上套装有复位弹簧，复位弹簧下端与泄压孔孔口抵接。

所述泵头底座20上还设有防护罩盖30，各传感器引线以及控制电路板32集成在防护罩盖30内部，所述泄压孔也位于防护罩盖30内部，所述防护罩盖30顶端设有排气孔31。当加注系统在待机状态时，泄压阀22保持开启，此时氮气能够充入防护罩壳围成的空腔内，实现系统的自我防护，另外在罩壳上开设排气孔31，确保系统正常泄压。

如图6、7所示，所述泵头底座20的底部设有连接法兰，所述连接法兰与液氮储罐10瓶口处的法兰对接且两法兰端面之间设有密封圈41，两法兰外周通过哈夫式卡箍40卡合；哈夫式卡箍40的两个半体沿水平方向往复运动设置，所述哈夫式卡箍40的顶壁上设有锁紧机构，所述锁紧机构被装配为当锁紧机构锁紧时能够对泵头底座20的法兰顶面施加压紧力。

如图6-10所示，系统还包括用于驱动泵头底座20沿竖直方向往复运动的升降机构；所述升降机构包括升降滑台45，所述泵头底座20与升降滑台45连接，所述升降滑台45与哈夫式卡箍40之间设有第一联动机构，所述第一联动机构被装配为当升降滑台45下行时第一联动机构能够驱动哈夫式卡箍40的两半体卡合，且当升降滑台45上行时第一联动机构能够驱动哈夫式卡箍40的两半体分离。

所述第一联动机构包括哈夫式卡箍40两半体外侧设置的水平导杆41，所述导杆41与机座1上设置的导套42滑动连接，所述导杆41远离哈夫式卡箍40的一端设有滚轮44，所述导杆41与导套42之间设有弹簧43，所述弹簧43被装配为其弹力能够驱使哈夫式卡箍40的两半体向相互远离的方向运动，所述升降滑台45的底部与所述滚轮44对应位置处设有楔形驱动块46，所述楔形驱动块46被装配为当升降滑台45下行时，楔形驱动块46能够挤压所述滚轮44并驱动所述哈夫式卡箍40的两半体相互靠近。

所述锁紧机构包括与哈夫式卡箍40的顶壁铰接的凸轮401，所述凸轮401的轮面与泵头底座20上的法兰的顶面抵接，所述凸轮401上固定有一摆杆402，所述摆杆402向哈夫式卡箍40的外侧悬伸设置，所述摆杆402与凸轮401被装配为当摆杆402下压时凸轮401的凸出部能够向下挤压泵头底座20的法兰顶面，且当摆杆402下压至与哈夫式卡箍40的顶面抵触时凸轮401的凸出部刚好摆过最低点从而使凸轮401和摆杆402自锁。

所述锁紧机构与升降滑台45之间设有第二联动机构，所述第二联动机构被装配为当升降滑台45下行时，第二联动机构能够驱动所述摆杆402下压，且当升降滑台45上行时，第二联动机构能够驱动所述摆杆402上抬。

所述升降滑台45上设有用于避让泵头底座20的圆孔，所述第二联动机构包括圆孔内壁上向圆孔中心悬伸设置的上拨块451和下拨块452，所述上拨块451用于拨动摆杆402下摆，下拨块452用于拨动摆杆402上抬，所述上拨块451的悬伸长度大于下拨块452的悬伸长度，且下拨块452的悬伸长度被设置为当升降滑台45下行时下拨块452能够完全避让处于上抬工位的摆杆402，而当升降滑台45上行时下拨块452能够与处于下压工位的摆杆402的悬伸端抵接。

所述泵头底座20的两侧对称设置有水平导向销201，所述升降滑台45的顶面上设有限位板，所述限位板上开设有与所述导向销201滑动配合的竖直腰型孔47。

所述升降滑台45的两端分别设有竖直螺纹孔，所述升降滑台45通过该螺纹孔与两螺杆48构成螺纹配合，所述螺杆48两端分别转动设置在机座1上，所述机座1顶部设有升降电机49，所述升降电机49通过同步带轮491与两螺杆48构成传动配合。

如图11所示，系统还包括液氮储罐10装卸机构，所述液氮储罐10装卸机构包括由多根并排转动设置的辊柱51构成的底座50，所述底座50的一端设有斜坡滑道55，所述底座50上部设有液氮储罐10定位机构，所述液氮储罐10定位机构包括远离斜坡滑道55的一侧设置的弧形背板56，以及靠近斜坡滑道55的一侧对称设置的两弹性压辊54，所述两弹性压辊54与弧形背板56之间构成用于容放液氮储罐10的空间，所述两弹性压辊54沿左右方向相互开合设置，两弹性压辊54的辊座上设有水平导向杆52，所述导向杆52与机座1构成滑动配合，所述辊座与机座1之间设有压簧53；所述弧形背板56沿前后方向相互往复运动设置，所述机座1上设有用于驱动弧形背板56往复运动的活塞缸57。

上述液氮储罐10的安装及拆卸过程如下：

钢瓶安装：首先将液氮储罐10沿斜坡滑道55推送至底座50上，推送过程中钢瓶挤压弹性压辊54，使弹性压辊54张开，随着钢瓶进入安装工位，弹性压辊54复位并将钢瓶压紧；随后启动升降电机49，驱动升降滑台45下行，泵头底座5020及其组件依靠自身重力落至钢瓶瓶口，然后升降滑台45继续下行，第一联动机构首先被触发，使哈夫式卡箍40的两半体合拢，最后升降滑台45继续下行，第二联动机构被触发，上拨块451将摆杆402压下，从而将哈夫式卡箍40与瓶口法兰锁紧。

钢瓶拆卸：首先启动升降电机49，升降滑台45上行，升降滑台45首先触发第二联动机构复位，使锁紧机构解锁，而后继续上行，紧接着触发第二联动机构复位，使哈夫式卡箍40的两半体分离，随后升降滑台45依旧保持上行，并将泵头底座5020及其组件托起，直至泵头组件完全脱离钢瓶；最后启动活塞缸57，利用弧形背板56将钢瓶顶出底座50，拆卸完成。

本发明通过一系列联动机构实现了液氮储罐10的快速安装和拆卸，整个过程只需两套动力机构，不仅操作简单、快速，而且大大节约了设备成本。